Теодолит

ТеодолитТЕОДОЛИТ, геодезический угломерный инструмент, обладающий плавностью движения отдельных частей и имеющий достаточную устойчивость, что гарантирует надежность измерения углов. По конструкции осей теодолиты можно разделить на простые и повторительные; у первых лимб и трегер жестко соединены между собой, у вторых лимб подвижной, а ось вращения совпадает с осью алидадного круга. По назначению теодолиты бывают: технические - для съемочных работ, тахеометры - для определения высот и расстояний, фототеодолиты - для фотограмметрических съемок и универсальные, предназначенные для триангуляций. Универсальные теодолиты, снабженные вертикальными кругами с точностью отсчета в 10" и выше, называемые универсалами, предназначаются для работ как геодезических, так и астрономических. В триангуляциях I класса в СССР применяются теодолиты, изготовляемые фирмами Гильдебранд (фиг. 1) и Бамберг (фиг. 2). В триангуляциях II и III класса и в городских триангуляциях теперь получили широкое распространение универсальные и прецизионные теодолиты фабрик Вильда и Цейсса.

Теодолит фирмы Гильдебранд

Универсальные теодолиты немецких фирм Гильдебранда и Бамберга, употребляемые на триангуляциях в СССР, имеют горизонтальные круги диаметром 17,535 см с наименьшим делением на них в 4—5'. Отсчеты горизонтального круга производятся двумя микроскопами с микрометрами, снабженными двумя парами нитей, отстоящими на 1, 1,5 или 2 оборота друг от друга.

Теодолит фирмы Бамберг

Цена одного деления барабана микрометра 1", 2", 5", а по оценке 0,1”, 0,2” и 0,5”. Главная труба теодолита, центральная и прямая, имеет диаметр объектива 36—72 мм, с фокусным расстоянием 33 65 см. Увеличение трубы 36—72 раз. Труба лежит горизонтальной осью в основных лагерах подставки теодолита и кроме того подпирается парой ложных лагеров, на которых она поднимается при ее перекладывании помощью переводного механизма. Сетка нитей имеет вид биссектора с угловым расстоянием в 30—40”, дающим предельную ошибку наведения трубы до 3”, которая уменьшается с увеличением фокусного расстояния объектива трубы. Для облегчения наведения и повышения точности кроме микрометрического винта алидады, передвигающего верхнюю часть инструмента, трубу снабжают окулярным микрометром, нити которого располагаются в фокальной плоскости объектива. Барабан винта окулярного микрометра разделен на 100 частей, шаг винта 0,25 мм. Полные его обороты отсчитываются по зубцам, лежащим в плоскости диафрагмы зубчатки. В нижней части теодолита расположена доверительная труба, перемещающаяся в особой каретке, связанной с трегером инструмента и с нижним концом, охватывающим центральную его цапфу. Цепа деления окулярного микрометра главной и поверительной труб 1—1,5”. Отверстие объектива 36—45 мм, фокусное расстояние 33—52 см. Увеличение 30—65 раз. Для установки вертикальных осей в отвесное положение имеются накладные уровни с воздушной камерой и ценой делении в 2,5—5,5”. Поле зрения и окулярные микрометры труб, микроскопы с микрометрами горизонтального и вертикального кругов освещаются электрическими лампочками в 3,5 V, питаемыми от аккумулятора. Для регулировки степени освещения имеется реостат.

Основные геодезические теодолиты, применяемые на триангуляциях I класса в СССР, бывают двух типов и характеризуются следующими данными.

I тип. Геодезический теодолит 2”-ной точности. Диаметр горизонтального круга 275 мм, подвижной, закрепляющийся. Деления на лимбе через 4' (1/15°) с подразделением на 360°. Деления нанесены на серебряной пластинке. При круге - 2 микроскопа с микрометрами с ценой деления 2”, с оценкой до 0,2”, с двумя подвижными биссекторами, отстоящими друг от друга на 1,5 оборота. Главная труба - прямая, центральная. Отверстие объектива 65 мм; фокусное расстояние 650 мм. Увеличение в 42, 62 и 72 раза. Труба снабжена окулярным микрометром с одной горизонтальной нитью и подвижным биссектором, имеющим угловое расстояние в 25”, цена деления окулярного микрометра ~1”. Освещение трубы ацентрическое и масляное. Главная труба имеет механическую перекладку горизонтальной оси трубы с помощью эксцентрика. Движение окулярного колена дается обычной кремальерой. Поверительная труба имеет отверстие объектива 45 мм, фокусное расстояние 420 мм, увеличение 47 и снабжена окулярным микрометром, состоящим из одной горизонтальной нити и подвижного вертикального биссектора с угловым расстоянием 35—40”. Цена деления окулярного микрометра 1”. Поверительная труба располагается в каретке, перемещающейся по основному кольцу подставки инструмента и соединяется клеммой с центральной вертикальной цапфой. Накладной уровень с точностью в 2” насаживается на горизонтальную ось и имеет воздушную камеру. Уровень при колонке трубы 5”-ной точности. Освещение трубы, окулярного микрометра и микроскопов с микрометрами горизонтального круга - электрическое. Имеется центральный переключатель. Укладка в двух ящиках с пружинным дном и двумя боковыми пружинными подушками. В качестве принадлежностей имеются: штатив, две линзы для коротких расстояний и пр.

II тип. Конструкция аналогична типу I. Размеры: горизонтальный круг диаметром 210 мм; деления на лимбе 5' (1/12°); цена деления микроскопов 2”. Главная труба с отверстием объектива 48 мм и фокусным расстоянием 490 мм. Ортоскопические окуляры с увеличением в 36, 45 и 54 раза. Расстояние между нитями микрометра 35”. Труба перекладывается рукой без эксцентрика. Поверительная труба с отверстием объектива 40 мм и фокусным расстоянием 380 мм, увеличение окуляра 42. Расстояние между подвижными нитями 40”. Уровни накладные с ценой деления в 3—5” и воздушной камерой.

С 1929 г. в наших триангуляциях стали применять универсальный теодолит особой конструкции типа Bauart Schweizer Landestopographie без окулярного микрометра главной трубы.

Размеры теодолита. Горизонтальный круг диаметром 180 мм. Деления на лимбе в 1/6°. Отсчет производится по двум микроскопам с микрометрами (точностью 2”). Отверстие объектива главной трубы 41 мм; фокусное расстояние 380 мм; ортоскопические окуляры с увеличением 42—56 раз. Отверстие объектива поверительной трубы 36 мм, фокусное расстояние 330 мм, ортоскопический окуляр с микрометром, с увеличением в 30 раз. Вертикальный круг диаметром 160 мм с нониусами точностью в 10”.

Иногда при триангуляционных работах I класса применяют универсалы, имеющие вертикальный круг и уровни Талькотта.

Для триангуляции II класса в СССР пользуются геодезическими теодолитами 5"-ной точности.

Основные размеры. Диаметр горизонтального круга в 175 мм и подразделением лимба в 1/6°. Главная труба с диаметром объектива в 36 мм, фокусным расстоянием в 330 мм и с двумя окулярами увеличением в 33 и 44 раза. Цепа деления окулярного микрометра 1,5”. Поверительная труба с отверстием объектива 36 мм, фокусным расстоянием 380 мм и с ортоскопическим окуляром 30-кратного увеличения. Цена деления накладного уровня 5”. Цена деления окулярного микрометра 1,5". Конструкция его аналогична геодезическому теодолиту типа I.

Система осей Репсольда

Характерной особенностью этих инструментов следует считать систему осей Репсольда, изображенную на фиг. 3, где 1 - верхний конец вертикальной оси, оканчивающейся выступом 2 с винтовой нарезкой и навинчивающейся шайбой 3,3; 4, 4 - втулка алидадной части, имеющая продолжение 5, 5 с упорным винтом 6 вверху, оканчивающимся грибообразной головкой 7, имеющей деления, по которым делают отсчет, пользуясь указателем 8. При ввинчивании винта 6 его конец нажимает на выступ 2 и при некотором давлении приподнимает втулку 4, 4. Определенному положению винта 6, отсчитанному по делениям его головки, соответствует наиболее легкое вращение втулки при отсутствии каких-либо колебаний. Для плавного движения алидадной части надо, чтобы рабочая поверхность винта 6 находилась в масле. В универсальных теодолитах встречаются оси Рейхенбаха или Борда.

Прецизионный теодолит Вильда

Прецизионный теодолит Вильда изображен на фиг. 4. Здесь 1 - вертикальный круг, связанный неподвижно с горизонтальной осью трубы; 2 - закрепительный винт трубы; 3 - призма, освещающая вертикальный круг; 4 - правый лагер; 5 - левый лагер; 6 - кольцевая кремальера; 7 - диоптрийное кольцо (окулярная трубочка); 8 - призма для уровня вертикального круга; 9 - отсчетный микроскоп (микроскоп-окуляр); 10 - уровень цилиндрический при подставке; 11 - уровень вертикального круга (с призмой); 12 - вилообразная подставка теодолита; 13 - микрометрический винт для уровня вертикального круга; 14 - микрометрический винт для движения по азимуту; 15 - закрепительный винт инструмента (по азимуту); 16 - микрометрический винт трубы; 17 - оптический микрометр (микрометрический винт барабана секунд); 18 - призменный переключатель изображений кругов; 19 - коническая подставка (трегер); 20 - подъемные винты (3 шт.); 21 - винт с подвижным предохранителем для передвижения горизонтального круга; 22 - призма, освещающая горизонтальный круг; 23 - треугольник-пластинка; 24 - ползушки (3 шт.) для зажима подъемных винтов; 25 - головка штатива; 26 - горизонтальный и вертикальный круги отсчитываются по отсчетному микроскопу, соединенному с трубой. Справа, подле микрометрического винта трубы, находится призменный переключатель для переключения изображений горизонтального и вертикального кругов. При вращении призменного переключателя по направлению хода часовой стрелки (до предела) в отсчетном микроскопе виден горизонтальный круг, при вращении же его в обратном направлении появляется изображение вертикального круга. Освещение изображений круга должно быть по возможности яркое и равномерное. Чтобы достигнуть этого вращают соответственным образом освещающие призмы. Во время измерения углов освещение не должно изменяться. В отсчетном микроскопе (микроскоп-окуляр) появляются два изображения. Первое изображение, находящееся вверху, представляет двойное изображение диаметрально противоположных частей лимба, разделенных тонкой горизонтальной чертой, - оно дает градусы и минуты. Второе изображение, находящееся внизу, представляет изображение делений барабана секунд, оно дает возможность отсчитывать непосредственно десятки, единицы и десятые доли секунды, а по оценке - сотые доли секунды. Если круг разделен на 360°, то он имеет интервалы в 4', а барабан секунд имеет 600 делений. Десятки делений подписаны соответственно 0,1,2, ... ,60. Один оборот барабана секунд соответствует 2' лимба. Деления же барабана секунд для двойного отсчета имеют интервалы в 0,1", позволяющие отсчитывать на глаз десятые доли этого интервала, т. е. сотые доли секунд. Сотые доли секунд оцениваются легко, т. к. рассматривание интервала между штрихами равносильно рассматриванию 1 мм на расстоянии наилучшего зрения.

Штрихи теодолита

Если круг разделен на 400 градов, то он имеет интервалы в 10', барабан секунд имеет 500 делений, причем пятки делений подписаны соответственно 0,1,2, ...,100. Один оборот барабана секунд соответствует 5' лимба. Одно деление барабана секунд равно 1". Отсчет горизонтального круга при делении его на З60° показан на фиг. 5а и 5б: на фиг. 5а дано изображение в отсчетном микроскопе до совпадения штрихов, а на фиг. 5б - то же изображение, но только после совпадения штрихов.

teodolit t1

В середине нижнего изображения круга имеется неподвижный штрих-индекс, в непосредственной близости которого штрихи делений верхнего и нижнего изображений приводятся к совпадению (фиг. 5б). По этому изображению и делают отсчет. По изображению же фиг. 5а отсчетов не делают ни по делениям круга - верхнее изображение ни по делениям барабана секунд - нижнее изображение. Сам же штрих-индекс указывает только середину поля зрения и отмечает зону, где происходит совмещение двух штрихов диаметрально противоположных делений лимба. Совмещение штрихов производится тщательно посредством вращения оптического микрометра, расположенного вверху, около лагера подставки, несущей призменный переключатель изображений кругов. Посредством вращения оптического микрометра изображения диаметрально противоположных делений круга передвигаются в противоположных направлениях.

Штрихи теодолита

Окончательное точное движение - совмещение штрихов верхней шкалы со штрихами нижней - должно всегда происходить в одинаковом направлении, как принято у точных микрометрических винтов, - в направлении часовой стрелки. При совпадении верхних и нижних делений штрих-индекс может находиться или на штрихе деления, или в середине интервала (фиг. 6а и 6б).

teodolit t2

Фиг. 6а дает изображение круга до совмещения штрихов, а фиг. 6б - изображение круга после совмещения диаметральных штрихов лимба (штрихов верхней и нижней шкал). После совмещения делений круга на нижнем его изображении в поле зрения микроскопа отсчитываются непосредственно градусы и минуты, остальное получают по шкале секунд, беря с нее подписанные десятки делений и целые деления, умножая весь отсчет по шкале секунд на два или беря по шкале секунд сумму двух отсчетов, полученных путем последовательных совмещений диаметральных штрихов лимба (штрихов верхней и нижней шкал). Сумма двух отсчетов оптического микрометра дает правильный отсчет в угловых секундах. Для получения пар минут надо отсчитать число штрихов, находящихся между числом градусов, получаемых непосредственно по нижнему изображению круга, и соответственным числом градусов верхнего изображения круга (разница 180°). Отсчеты вертикального круга делаются аналогичным путем, угол же наклона получается как разность двух отсчетов, сделанных при круге право и круге лево. Характеристические размеры прецизионного теодолита Вильда: диаметр горизонтального круга 140 мм; диаметр вертикального круга 95 мм; свободное отверстие объектива 60 мм; длина трубы 260 мм; увеличение трубы (3 переменных окуляра) 24 х , 30 х и 40 х ; увеличение микроскопа для отсчета на кругах 37 х ; цена деления уровня при подставке 7" (округленно) на 2 мм; цена деления уровня при вертикальном круге 6" на 2 мм (точность по уровню двойная в виду применения принципа совмещения изображений двух концов пузырька); цена деления барабана микроскопа 0,8";. вес инструмента 10,3 кг, вес металлической покрышки 5,2 кг; вес треноги с футляром, содержащим вспомогательные принадлежности, 7,5 кг; центрирующая подставка диаметром 20 см; вес 5,1 кг; средняя ошибка измерения угла прецизионным теодолита Вильда равна ±0,3"—±0,5".

Принцип конструкции универсального теодолита Вильда аналогичен прецизионному. Здесь дается схематический разрез оптической его части вертикальной плоскостью, перпендикулярной к плоскости визирования и проходящей через горизонтальную ось вращения трубы Y—Y' и вертикальную его ось X—X' (фиг. 7).

Принцип конструкции универсального теодолита Вильда

Горизонтальный круг С из кронгласа толщиною 6 мм с верхней поверхности посеребрен и имеет деления и цифры; А1 и А2 - его диаметрально противоположные части. Они освещены рядом призм. Призма 1 расположена сбоку трегера инструмента. Пучок лучей, падающий на призму 1, отражается от ее гипотенузы и падает на призму 2, заключенную в оправу и расположенную под трегером инструмента. Пройдя призму 2, луч света идет вверх параллельно вертикальной оси теодолита. Далее лучи проходят через собирательную плосковыпуклую линзу 3, которая этот пучок лучей концентрирует, превращая его из расходящегося в параллельный, и направляет на грань пары склеенных призм 4, 4, где, получив двойное отражение от их граней, пучок лучей делится на две половины. Отразившись от этих призм, лучи через призму 5 падают на диаметрально противоположные зеркальные части круга А1А2 и их освещают. Отразившись от амальгамированных частей лимба, лучи падают на грани призм 5, 5, которые дают отраженным центральным пучкам лучей требуемый угол для того, чтобы изображения двух рассматриваемых частей круга, полученные при помощи собирательной линзы 3, имели необходимое направление вдоль вертикальной оси теодолита. В призме 5 лучи претерпевают двойное отражение. Собирательная линза 6 состоит из двух частей, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, из которых каждая представляет две линзы - двояковыпуклую и вогнуто-выпуклую в верхней части и плоско-выпуклую, и вогнуто-выпуклую - в нижней части. Эти линзы заключены в особые стальные цилиндры, плотно входящие друг в друга. Затем лучи поворачиваются два раза ромбоэдрической призмой 7 и падают в точках а и b на толстые плоско-параллельные пластинки 8 и 9. На пластинку 8 попадает луч от точки А1, а на пластинку 9 - от точки А2 горизонтального круга. Далее луч, идущий из точки А1, попадает в пентагональную отражательную призму 11, а луч, идущий из точки А2, попадает в призму 10 (призмы 10 и 11 - «отделяющие» призмы). Отразившись, эти лучи проходят через плоскопараллельную пластинку 12, и, не испытав преломлений или отражений, падают на собирательную плосковыпуклую линзу 13. Далее призмой 14 эти лучи отражаются (меняя направление и путь) перпендикулярно к плоскости чертежа и направляются в фокальную плоскость отсчетного микроскопа, где получается окончательное изображение деления лимба. Изображение, наблюдаемое через окуляр микроскопа, получается в отделяющих пентагональных призмах 10 и 11. Отсчетный микроскоп состоит из системы линз 13 и 6 и линзы окуляра (на фиг. 7 опущена). При этом роль объектива играет система линз 6, а сложный окуляр микроскопа составляют окулярная линза и собирательная линза 13. Плоскопараллельная пластинка 12 имеет скошенные взаимно параллельные края - верхний и нижний, - отражающие лучи от неподвижного штриха, нанесенного на этой пластинке, и подвижную круговую шкалу, помещенную на стеклянном диске s, s, который плотно соприкасается с поверхностью плоскопараллельной пластинки 12. Ось вращения у—у' стеклянного круга s, s связана с движением плоскопараллельных пластинок 8 и 9 так, что некоторому углу поворота круга s, s от своего нормального положения соответствует тот же угол поворота от нормального положения пластинок 8 и 9, но только в прямо противоположные стороны. Такой поворот плоскопараллельных пластинок 8 и 9 влечет смещение изображений диаметрально противоположных делений лимба одного относительно другого в прямо противоположных направлениях. Шкала диска s, s и штрих на пластинке 12 дают изображения в той же плоскости, где получаются изображения делений лимба. Сам же индекс состоит из двух черточек, расположенных на одной линии: первая черточка указывает приближенно место отсчета диаметрально противоположных точек лимба, вторая черточка указывает место отсчета по шкале секунд. Интервалы шкалы секунд (круга s, s) подобраны так, что выражают в градусной мере величину смещения изображений лимба одного относительно другого. Освещение вертикального круга Cv—Cv производится через оптическую систему призм и линз 1', 2', 3', 4' по аналогии с кругом горизонтальным.

Лучи, исходящие из точек А' и В' вертикального круга Cv—Cv, идут по симметричным направлениям в системе призм 5'; 5', 6' (линза) и 7'. При этом линза 3' плосковыпуклая и собирательная, линза же 6' состоит из двух линз - двояковыпуклой и вогнутоплоской. Далее эти лучи падают на призму призменного переключителя I и в дальнейшем имеют то же направление, что и лучи горизонтального круга, а в конечном итоге, отражаясь призмой 14, попадают в фокальную плоскость отсчетного микроскопа.

Теодолит Вильда

Призма I вращается посредством призменного переключателя. Эта призма позволяет по желанию закрывать лучи, идущие от горизонтального или вертикального кругов, давая возможность использовать один и тот же оптический микрометр для отсчетов как для горизонтального, так и для вертикального круга. Призма I поворачивает лучи по направлению к пластинкам 8 и 9. Для большей ясности выявления конструктивных особенностей теодолита Вильда приводится его разрез вертикальной плоскостью, проходящей через горизонтальную ось трубы (фиг. 8).

teodolit t3

Для астрономических наблюдений инструмент снабжается призмой, а для центрировки имеет оптический отвес.

Теодолит Цейсса имеет конструкцию, аналогичную теодолитам Вильда. Основные его размеры даны ниже:

teodolit t4

Указанные выше теодолиты применяются также на триангуляциях в Европе и Америке. Для маркшейдерских работ инструмент снабжается приспособлением для электрического освещения с лампами в 2,5 V и 0,5 А. Инструмент снабжается оптическим отвесом, позволяющим делать центрировки вверх и вниз. Для астрономических наблюдений прилагается призма.

Теодолит Ватт-Цейсса имеет горизонтальный круг диаметром 8 см, а вертикальный 5 см; деления их нанесены на серебре с интервалом в 20', отсчет по ним производится так же, как и у Цейсса. Увеличение трубы в 25 раз. Теодолит фирмы Cooke имеет диаметр горизонтального круга 9 см, а вертикального 7 см; наименьшее деление на лимбе 20'. Отсчет делается с помощью диагональной шкалы z (фиг. 9а) до 10", а по оценке до 5".

Шкала теодолита Ватт-Цейсса

Эта шкала состоит из ряда вертикальных и наклонных линий, образующих трансверсальный масштаб с соответствующими надписями. Изображение делений шкалы и лимба располагается в одной фокальной плоскости. Шкала может передвигаться параллельно черной линии. Прежде чем делать отсчет, надо интервал у между двумя штрихами, лежащими справа от черной линии, разделить пополам, пользуясь одним из штрихов лимба. Самый же отсчет следует произвести по шкале, пользуясь индексом. В новых конструкциях этих теодолитов поставлена шкала Бекера, показанная на фиг. 9б. Увеличение трубы в 22 раза, отверстие объектива 38 мм.

Теодолит Тавистока

Теодолит Тавистока (фиг. 10) отличается от указанных выше теодолитов тем, что имеет два микроскопа - один для отсчета делений горизонтального круга, а другой - вертикального. Перемещение изображений производится отклоняющими призмами. Расположение призм дано на фиг. 11, из которой видно, что свет, посылаемый зеркалом b, отклоняется двойной призмой с, с вправо и влево к диаметрально противоположным частям горизонтального круга.

Теодолит Тавистока - расположение призм

Отразившись, свет поступает в призмы d, d, которые имеют свои отражающие поверхности под такими углами, чтобы проникающий в них свет направлялся сначала вниз к делениям круга через отверстия е, е; от посеребренной поверхности круга свет отражается в несколько ином направлении, чем при его первоначальном прохождении через эти призмы. Разделившись, свет проходит через объективы f, f в призмы g, g и, отразившись от них, направляется к подвижным призмам h, h, а через них идет к призмам i, i, где он используется для освещения делений круга точного отсчета h. В дальнейшем два световых пучка соединяются, направляясь в отсчетный микроскоп через ряд призм (фиг. 10).

Артиллерийский теодолит новой конструкции Вильда

Артиллерийский теодолит новой конструкции Вильда (фиг. 12: 1 - искатель, 2 - переключатель для освещения трубы, 3 - осветительная призма для отсчета двух кругов, 4 - отсчетный микроскоп для вертикального круга, 6 - то же для горизонтального круга) применяется для целей корректирования артиллерийского огня, а также при работах астрономических, триангуляциях, полигонометрии и оптических измерений расстояний, давая достаточную для указанных целей точность. Инструмент дает измерение горизонтальных и вертикальных углов с точностью 0,2—0,3‰ и обеспечивает дневные и ночные наблюдения огня на дистанции до 12 км. Инструмент имеет магнитную ориентировку, малые размеры и вес 6 кг. Отверстие объектива 50 мм, увеличение 10 х. Горизонтальная ось трубы движется в закрытых лагерах, в середине оси закреплен вертикальный круг, а по обеим сторонам его - трубы. Двойная труба с вертикальным кругом может, как и при горизонтальном движении, при помощи переставного червячного привода вращаться вокруг горизонтальной оси. Горизонтальный и вертикальный круги имеют 2x320 штрихов при интервале в 10‰. Каждый штрих подписан. Оценочный микроскоп допускает отсчет до 2/10‰. Для приспособления артиллерийского теодолита к зенитальным наведениям инструмент снабжен отклоняющей призмой. Призма навинчивается на объектив трубы с сеткой и отклоняет падающий в трубу световой луч на 1000‰, т. е. при надетой призме и горизонтально поставленной трубе ось визирования поднята на 1000‰. Это приспособление позволяет применять инструмент также и для обычных астрономических наблюдений (фиг. 13).

Для приспособления артиллерийского теодолита к зенитальным наведениям инструмент снабжен отклоняющей призмой

Для окончательных вычислений необходимы таблицы или механические приборы, дающие тригонометрические значения в артиллерийском счете (тысячные). Для графического способа имеются специальные приспособления. Вместо тысячного деления (прецизионная стрельба) теодолит может дать также градусные деления. Будучи снабжен стеклом с сеткой и механизмом для искусственного освещения, теодолит особенно целесообразен не только для чисто геодезических целей, но и для наблюдений и определений моментальных явлений и движущихся объектов. Дистанции могут колебаться от нескольких сот метров до нескольких км в зависимости от свойств рельефа и расстояния до объекта. Прямоугольные координаты и высоты наблюдательных пунктов берутся из каталогов государственной съемки или выводятся на основании опорных точек государственной сети путем засечек, полигонометрическим или любым другим способом. Необходимые условные определения производятся артиллерийским теодолитом и сообщаются вычислителям. Посредством нанесения азимутов, определенных с разных станций, на общую точку, на квадратную сетку плана 1:5000 или 1:10000 (или на карту, например, 1:25000) получаются точки пересечения направлений и, следовательно, координаты искомой точки. Если засекаемые объекты «моментальны» - огонь орудия или эффект взрыва или движущийся предмет, - то засечь такие цели наведением при помощи микрометрического механизма нельзя. Приходится удовлетвориться отсчетом наведения с точностью, соответствующей простому появлению быстро исчезающей цели в поле зрения трубы.

Приходится удовлетвориться отсчетом наведения с точностью, соответствующей простому появлению быстро исчезающей цели в поле зрения трубы

Такой отсчет получается оценкой по квадратикам сетки; например, на фиг. 14 отсчитывают: точка А - горизонтально 113‰, вертикально 207‰. точка В - горизонтально 82‰, вертикально 184‰. Точка А находится на 13‰ правее средней вертикали, т. е. правее оси визирования трубы. Т. о. эти 13‰ следует прибавить к отсчету угла по горизонтальному кругу, чтобы получить более точный азимут точки А. Точка В находится левее средней вертикали на 18‰. Эти 18‰ следует вычесть из отсчета по горизонтальному кругу. Если эти отсчеты по сетке чередуются положительными и отрицательными, то часто вкрадываются ошибки. Для того чтобы иметь возможность постоянно только складывать уточненную долю отсчета, следует брать не промежуток между средней вертикалью и искомой точкой, а значение, соответствующее подписи (сетки); так, при точке А – 113‰, а при В - 82‰, т. е. на 100‰ больше. Однако эти 100‰ учитываются при ориентировочном азимуте, по которому поставлен инструмент т. о., что берется не постоянный азимут направления, «постоянная ориентировочная точка», а на 100‰ меньше. Т. о. наведение на астрономический север даст по кругу отсчет, равный не 00°° или 32°°, а 3°°. Все отсчеты по горизонтальному кругу постоянно увеличиваются на избыток отсчета по сетке, что дает правильный азимут. Аналогично поступают и при измерении вертикальных углов. При горизонтальной линии визирования по вертикальному кругу отсчитывают 00°°, горизонтальная линия через центр сетки соответствует значению 200‰, поэтому в сумме получаем 10°°, т. е. 1000‰. Складывая отсчеты обоих кругов по сетке и отняв 10°°, получим превышение, или угол депрессии. Кроме координат необходимо получить и высоту искомой точки. Разности высот постов и целей могут быть определены графически (фиг. 15) или аналитически, т. к. на плане видна линия визирования и м. б. измерен угол ее наклона относительно горизонта. Указанным способом артиллерийский теодолит Вильда применяется для измерения моментальных явлений.

Балон-теодолит Гугерсгофа

Для целей авиации пользуются балон-теодолитом Гугерсгофа (фиг. 16). Диаметр круга 20 см, на его центральной части имеется бумага с полярными координатами. Отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам делаются через микроскоп, служащий вместе с тем и окуляром трубы. Помимо отсчетов имеется графическая фиксация направлений на бумаге, разделенной радиально через 2° и концентрическими кругами через 1 мм. В основании подставки трубы имеется часовой механизм, позволяющий в течение 1 мин. смещать один карандаш на 0,5 мм, а другой - параллельно оси вращения. Имеется механизм со звонком, дающим сигналы через 30", для наблюдений через определенные промежутки времени.

Современные кинотеодолиты позволяют брать частые отсчеты (через одну, две секунды) и фиксировать фотографическим путем не только отсчеты кругов и время, но и поле зрения в момент наблюдения. В основе конструкции этого регистрирующего теодолита лежат следующие соображения. При взаимно перпендикулярных осях теодолита и при перпендикулярности визирной оси отсчеты круга будут давать координаты данного направления. Эти координаты получаются из отсчетов круга с поправками, определяющими положение изображения предмета относительно поля зрения, например, путем измерения его прямоугольных координат относительно креста сетки нитей. Этот метод аналогичен методу, применяемому в астрофотографии, когда поле зрения фиксируется путем, моментальных фотоснимков. Инструмент снабжен кинокамерой большего фокусного расстояния с осью, параллельной оси трубы. С полученного поля зрения получаются поправки отсчетов. Оси фильма обозначаются через X и Y и поставлены так, что одна показывает горизонтальное направление поля зрения, а другая - вертикальное, т. е. при вращении камеры вокруг горизонтальной оси изображение предмета будет смещаться параллельно оси Y. Пусть координаты точки в прямоугольной системе координат будут х и у, а а0 и h0 - азимут и вертикальный угол. Тогда по формулам, применяемым в астрофотографии, для азимута а и вертикального угла h нашей точки найдем:

а = а0+х·sec h0+ху·sec h0·tg h0 + члены высшего порядка,

h = h0+у-x2(tgh0/2) + члены высшего порядка.

Значения а0 и h0 рассматриваются как азимут и вертикальный угол оптической оси камеры трубы; координаты х и у получаются из поля зрения. Наблюдателю приходится следить за объектом только для того, чтобы он не выходил из поля зрения трубы. С помощью призм 20, 21, 34 (фиг. 17) изображение, отраженное объективом (не показан на чертеже), попадает на фильм 7, т. о. изображения делений круга на фильме появляются ниже изображения поля зрения. При вращении системы труб 2, 3 вокруг горизонтальной оси плоскость гипотенузы призма 34 повернулась бы относительно той же плоскости призмы 21, отчего изображение делений круга на фильме тоже повернулось бы. В зависимости от вертикального угла это изображение принимало бы относительно поля зрения всевозможные наклонные положения (от 0 до 90°), что конечно было бы неудобно при использовании фильма. Поэтому на пути лучей изображения делений круга включена вращающаяся оборотная призма 33. При вращении камеры вокруг горизонтальной оси эта призма также участвует в движении (помощью зубчатых колес 36, 37, 38, 39), но с половинной скоростью. Шестерня 39 жестко соединена с горизонтальной осью, а шестерня 36 - с оправой 14 призмы 35. Т. о. изображения делений постоянно поднимаются по отношению к полю зрения. Две линзы 41, 42, помещенные в той же оправе впереди и позади призмы 35, позволяют лучам при прохождении их через призму получить параллельное направление. В полости горизонтальной оси 30 помещены затворы, кассеты с фильмом и механизмы, обслуживающие затворы и передающие фильм. Затворы имеют вид секторов; фильм движется обычным способом - валиками; двигателями служат сильные электромагниты, электризуемые трением колец. После каждого снимка, исполняемого замыканием тока в цепи, в которую включается аппарат, фильм автоматически передвигается на ширину одного снимка. В виду того что поле зрения не больше 2°, здесь применена система Cassegram с отверстием в главном зеркале. Такая система позволяет поместить тяжелую часть оптического механизма (главное зеркало) так, что нагрузка распределяется симметрично. Теодолит дает до 5 снимков в секунду (экспозиция 1/500 сек.), а ход использованного фильма дается автоматически. В целях упрощения всего механизма на одном фильме объединены снимки поля зрения и снимки отсчетов круга, что позволяет иметь одну кинокамеру и один передаточный механизм. Такая конструкция кинотеодолита дается той же фиг. 17.

Конструкция кинотеодолита

Вертикальная ось 32 держится на трегере 33, снабженном подъемными винтами. Подставка 31 держит горизонтальную ось 30 и вращается около вертикальной оси. На горизонтальной оси закреплена камера 3 и труба-искатель 2. Камера 3 содержит зеркала 6а и 6б, отражающие изображение поля зрения на фильм 7. Фильм движется перпендикулярно к плоскости изображения, проходя под не показанной на чертеже стеклянной пластинкой, имеющей 2 тонкие черные черты, получающиеся при фотографировании поля зрения в виде креста нитей. Пластинка поставлена так, что эти линии служат осями X и Y и представляют собою горизонтальное и вертикальное направления поля зрения. Горизонтальный 14 и вертикальный 16 круги имеют верньеры; они устроены т. о., что деленная часть кругов и верньеров лежит в одной плоскости, т. ч. для получения изображения достаточно иметь одну оптическую систему. Кинотеодолиты служат гл. обр. для определения пути самолетов. Путь фиксируется способом двойных засечек с двух или трех станций. Все инструменты включены в общую проходящую через один центр цепь. Из этого центра через определенные промежутки временит (смотря по числу наблюдателей) делаются по часам включения, регистрирующие одновременно, на всех инструментах поле зрения и отсчеты по кругам. Наблюдатели только следят в трубу за самолетом, чтобы он не ушел из поля зрения. По фильму, построенному из ряда наблюдений, м. б. взяты точно одновременные наблюдения, а из этих последних получаются прямоугольные координаты, определяющие положение самолета в любой момент, т. е. весь его путь. Конечно м. б. случаи, что у какого-либо наблюдателя выпадет тот или иной номер регистрации, и т. о. будет внесено несоответствие в порядок снимков у различных инструментов. Для устранения этого неудобства каждый инструмент снабжен небольшим секундомером, циферблат которого тоже попадает на снимок.

Т. о. по снимку всегда можно заметить пропуск и место (номер) пропуска, - часы покажут на соответственном месте пропуска скачок. Например, если номера следовали через 1/2 сек., то с каждым снимком часов, на соответственном фильме, стрелка должна сместиться тоже на 1/2 сек. Если же окажется, что где-либо стрелка передвинулась на целую секунду, то мы заметим, что номер пропущен. Этот метод совершенно надежен, т. к. часы при отдельных инструментах имеют пружинный завод и совершенно независимы между собой; кроме того расхождение часов тоже не имело бы значения, т. к. роль здесь играет исключительно разность, времени, или промежуток между двумя последовательными снимками. Труба-искатель имеет два окуляра с 6-и 12-кратным увеличением. Поле зрения при 6-кратном увеличении 7°. Постоянные оптики следующие:

teodolit t5

Фиг. 18 показывает заснятую и увеличенную часть фильма. По этому фильму можно делать отсчеты делений и по изображениям поля зрения получить прямоугольные координаты х и у, откуда по формулам подсчитывают поправки к отсчетам круга.

Заснятая и увеличенная часть фильма

Из новых конструкций точных астрономо-геодезических универсалов, разработанных в СССР, следует считать теодолит с оптическим микрометром точностью 1' и 5" и стеклянным лимбом типа Государственного научно-исследовательского института геодезии и картографии (ГИГиК), а также 5" универсал. Новая конструкция теодолита фирмы Бамберга точностью 2" дается на фиг. 19.

Конструкция теодолита фирмы Бамберга

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 22 - 1933 г.